Физиологически активные полимеры - Платэ Н.А.
Скачать (прямая ссылка):
Практически все высокомолекулярные ФАВ природного происхождения, используемые для получения их производных с полимерами, представляют собой белки. Ферменты (фибриноли-зин, урокиназа, стрептокиназа, аспарагиназа, протеолитические ферменты и их ингибиторы), гормоны (инсулин) и транспортные белки (гемоглобин) не имеют равноценных заменителей среди низкомолекулярных ФАВ. Однако широкое применение ферментов и других белков для терапии лимитируется их нестабильностью как при хранении, так и в организме, неспецифической токсичностью и антигенностью, а также сложностью их транспорта к биологической мишени в результате быстрого исключения из циркуляции в кровяном русле, протеолиза и дезактивации ингибиторами.
Указанные недостатки могут быть в значительной мере устранены переходом к водорастворимым полимерным производным белков или сшитым белкам [1—3]. Конъюгаты, содержащие белки, имеют большие размеры молекул, чем исходные белки, и дольше циркулируют в кровяном русле. Рыхлая полимерная оболочка, окружающая белковую глобулу, в определенной степени экранирует ее от воздействия среды организма. В результате снижается токсичность, антигенность и взаимодействие с высокомолекулярными ингибиторами. Внутримолекулярное сшивание белковой глобулы полимерами или бифункциональными реагентами способствует ее стабилизации. Особенно велика роль полимерных производных белков в регулировании иммунологических процессов (создание искусственных вакцин). В тех случаях, когда требуется только местное воздействие белка (например, тромболитического фермента), целесообразно применять не циркулирующие, а постепенно растворяющиеся полимерные производные ферментов (см. гл. 6). Ферменты, действующие на растворенные в плазме субстраты (например, уреаза) могут быть использованы экстракорпорально. Применение полимерных производных гемоглобина как переносчиков кислорода описано в гл. 7.
8.1. СИНТЕЗ И СВОЙСТВА ПОЛИМЕР-БЕЛКОВЫХ КОНЪЮГАТОВ И СШИТЫХ БЕЛКОВ
Основная задача синтеза полимер-белковых конъюгатов — придание белку перечисленных выше полезных свойств при максимальном сохранении специфической функциональной активно-
сти — ферментативной, гормональной или транспортной. В качестве полимеров-носителей должны использоваться водорастворимые гидрофильные полимеры, так как гидрофобные взаимодействия могут дестабилизировать белки. Возможно применение не только биологически инертных носителей, но и ФАП. Например, тромболитические ферменты хорошо сочетать с гепарином, обладающим противосвертывающими функциями [4]. Антитела, связанные с белком непосредственно или через полимер-носитель, могут придать белку способность направленного транспорта в орган-мишень (см. гл. 2). Связь между белком и полимером-носителем должна быть ковалентной, так как полиэлектролитные комплексы белков с заряженными полимерами хотя и позволяют изменять свойства белков (например, регулировать активность ферментов), но не всегда достаточно прочны in vivo, особенно при низкой плотности зарядов в полимере.
Существует несколько стратегических подходов к синтезу водорастворимых полимерных производных белков (рис. 5.1). Первый и наиболее распространенный подход заключается в ковалентном связывании белка с водорастворимым функциональным полимером. По замыслу эта стратегия аналогична той, которой придерживаются при иммобилизации белков на нерастворимых носителях, однако переход к растворимым конъюгатам и необходимость последующего их введения в организм вызывает дополнительные проблемы. Как белок, так и полимер-носитель являются полифункциональными реагентами. Поэтому трудно (хотя все же возможно) избежать многоточечного связывания этих полимеров друг с другом. В некоторых случаях, правда, процесс многоточечного связывания даже желателен, так как приводит к закреплению конформации белка и повышению его устойчивости к действию внешних факторов [5]. Однако не всегда закрепление конформации положительно отражается на каталитической активности фермента. Ряд белков меняет конформацию в ходе функционирования (например, гемоглобин), и в этом случае жесткое закрепление какой-либо определенной структуры нецелесообразно.
Образование высокомолекулярных конъюгатов, содержащих много молекул белка и полимера-носителя, нежелательно, так как они могут быть токсичны, быстро поглощаются ретикуло-эндотелиальной системой, а белок (фермент) в них труднодоступен для высокомолекулярных субстратов. Возможно также появление у таких конъюгатов антигенной специфичности. Существующие методы позволяют в определенной мере контролировать процесс сшивания макромолекул полимера-носителя с белком и друг с другом путем изменения концентрации взаимодействующих групп, «дезактивации» непрореагировавших групп полимера-носителя после реакции с белком, использования для связывания белка таких его функциональных групп, которых
Рис. 5.1. Принципы получения растворимых конъюгатов белка с полимерами:
1—связывание белка с функциональным полнмером-иосителем; 2—связывание белка с концевойтруппой полимера-носнтеля; 3—образование макромономера н формирование поли-мера-иосйтеля сополимеризацией макромономера с низко молекулярными мономерами; 4—полимеризация N-карооксиангидридов аминокислот на аминогруппах белка как инициаторах; 5—введение е белок групп, инициирующих радикальную полимеризацию, и формирование носителей полимеризацией ненасыщенных мономеров; 6 — включение белка в дефекты нестехнометрических полиэлектролитиых комплексов; 7—связывание сложного белка с функциональным полимером через простетические группы. •--------функциональные
